Hoppa direkt till innehållet

Information till studenter och medarbetare med anledning av covid-19 (Uppdaterad: 5 maj 2021)

printicon
Publicerad: 11 maj, 2011

Vätgas öppnar vägen till grafen… och grafan

NYHET Ett internationellt forskarlag har upptäckt en ny metod för att framställa remsor av grafen. Med hjälp av vätgas har de lyckats skära upp och vika ut den bara en atom tjocka väggen på kolnanorör. Metoden ger också möjligheter att producera remsor av grafan – en modifierad version av grafen som har många lovande egenskaper.

En tunn flaga vanligt kol, bara ett atomlager tjockt, blev världskänd i fjol. Upptäckten av supermaterialet grafen gav Andre Geim och Konstantin Novoselov Nobelpriset i fysik 2010. Grafen har en lång rad ovanliga och högintressanta egenskaper. Det leder elektricitet lika bra som koppar och leder värme mycket bättre än alla andra kända material.

Det går att få fram en mängd olika variationer av egenskaperna hos grafen bland annat genom att framställa grafen i remsor med olika bredd, något som på engelska kallas nanoribbons. Dessa nanoremsor framställdes för första gången för två år sedan. En metod för att framställa dem är att behandla kolnanorör med syre för att skära upp dem på längden till nanoremsor. Tyvärr lämnas syreatomer kvar på kanterna av nanoremsorna, vilket inte alltid är önskvärt.

I den nya studien visar nu forskarlaget att det också är möjligt att öppna kolnanorör med hjälp av molekylärt väte. Nanoremsor som produceras på detta sätt kommer att ha väteatomer på kanterna och det kan vara till stor fördel för vissa tillämpningar. Alexandr Talyzin, fysiker vid Umeå universitet, har under de senaste tio åren studerat hur vätgas reagerar med fullerener, fotbollsformade kolmolekyler.
– Att behandla kolnanorör med vätgas blev därför en logisk förlängning av vår forskning. Vår tidigare erfarenhet har varit till stor hjälp i detta arbete, säger Alexandr Talyzin, docent i fysik vid Umeå universitet.

Kolnanorörens ändar täcks ofta med något som liknar halvklotsformade muggar, väldigt lika halva fullerenmolekyler. Forskarna har tidigare visat att fullerenmolekyler kan förstöras helt och hållet om de behandlas med vätgas vid högt tryck och hög temperatur. Därför förväntade forskarna sig att de skulle kunna öppna nanorörens muggformade ändar på detta sätt. Hypotesen bekräftades och dessutom kunde forskarna avslöja en del andra spännande effekter.

Den mest intressanta upptäckten var att vissa kolnanorör vecklades ut till tunna remsor av grafen då de behandlats med väte under en längre tid. Vad som är ännu mer spännande är att det skulle vara möjligt att framställa den nya föreningen grafan genom att skära upp och platta till nanorör som har väte knutet till ytterväggarna. Hittills har forskare framför allt försökt framställa grafan genom att låta vätgas reagera med grafen. Detta är dock väldigt svårt, särskilt om grafenet ligger på något substrat så att endast en sida är tillgänglig för reaktion. Däremot reagerar vätgas betydligt lättare med nanorörens böjda ytterväggar.
– Vår nya idé är att använda nanorör som behandlats med vätgas och veckla ut dem till tunna remsor av grafan. Hittills har vi bara tagit de första stegen för att lyckas med detta och vi kommer att behöva lägga ned mycket arbete på att göra vår metod mer effektiv, förklarar Alexandr Talyzin.

– Samlad erfarenhet och expertis från flera grupper vid olika lärosäten har varit en nyckel till vår framgång, tillägger han.
Ilya V. Anoshkin, Albert G. Nasibulin, Jiang Hua and Esko I. Kauppinen vid Aalto-universitetet i Finland är experter på syntes och karaktärisering av enkelväggiga kolnanorör. Valery M. Mikoushkin, Vladimir V. Shnitov and Dmitry E. Marchenko från St.-Petersburg genomförde röntgenspektroskopi och annan karaktärisering med hjälp av synkrotronstrålning. Dag Noréus vid Stockholms universitet delade med sig av sin expertkunskap om vätgasreaktioner vid höga tempreturer.

Originalpublikation

Titel: Hydrogenation, Purification, and Unzipping of Carbon Nanotubes by Reaction with Molecular Hydrogen: Road to Graphane Nanoribbons
Författare: Alexandr V. Talyzin, Serhiy Luzan, Ilya V. Anoshkin, Albert G. Nasibulin, Jiang Hua, Esko I. Kauppinen, Valery M. Mikoushkin, Vladimir V. Shnitov, Dmitry E. Marchenko, och Dag Noréus
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn201224k

För mer information, kontakta gärna:

Dr Alexandr Talyzin, docent vid institutionen för fysik, Umeå universitetTelefon: +46 (0)90-786 63 20
E-post: alexandr.talyzin@physics.umu.se

Redaktör: Karin Wikman